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Carga eléctrica y estructura de la materia

Cuando se carga una barra frotándola con piel o con seda, no hay cambio visible alguno en la apariencia de la barra. ¿En consecuencia, que es lo que en realidad ocurre con la barra cuando se carga? Para responder esta pregunta antes es necesario examinar con detenimiento la estructura y las propiedades eléctricas de los átomos. Los componentesbásicos de la materia ordinaria de toda clase.
La estructura de los átomos se puede describir en términos de tres partículas: el electrón con carga negativa, el protón con carga positiva y el neutrón que no tiene carga

Las masas respectivas de las partículas individuales, con la exactitud con la que se conocen hoy en día, son

Masa del electrón = 9.10938188 (72) x 10-31 kg.
Masa del protón =1.67262158 x 10-27 kg.
Masa del neutrón = 1.67492716 x 10-27 kg.

Los números entre paréntesis son las incertidumbres de los últimos dos dígitos. Adviértase que las masas del protón y del neutrón son casi iguales y equivalentes a alrededor de 2000 veces la masa del electrón. Mas del 99.9 % de la masa de cualquier átomo se concentra en su núcleo.

La carga negativa del electrón tiene (dentro de loslímites de error experimental) exactamente la misma magnitud que la carga positiva del protón.
El numero de protones o electrones de un átomo neutro es el numero atómico del elemento. Si se separa uno o más electrones, la estructura restante con carga positiva es un ion positivo. Un ion negativo es un átomo que ha ganado uno o más electrones. Esta ganancia o pérdida de electrones se conoce comoionización

Cuando el numero total de protones de un cuerpo macroscópico es igual al numero total de electrones. La carga total es 0 y el cuerpo, en conjunto, es eléctricamente neutro. Para proporcionar a un cuerpo una carga negativa en exceso, se puede ya sea agregar cargas negativas a un cuerpo neutro o quitar cargas positivas a ese cuerpo.

En lo antes expuesto están implícitos dosprincipios muy importantes. El primero es el principio de la conservación de la carga: la suma algebraica de todas las cargas eléctricas de cualquier sistema cerrado es constante. Si se frota una barra de plástico y un pedazo de piel, ambos inicialmente sin carga, la barra adquiere una carga negativa (puesto que toma electrones de la piel) y esta adquiriendo una carga positiva de la misma magnitud(puesto que ha perdido tantos electrones como ha ganado la barra). Por consiguiente, no cambia la carga eléctrica total de los dos cuerpos juntos. En todo proceso de carga, esta no se crea ni se destruye, simplemente se transfiere de un cuerpo a otro.


Cargadores, aisladores y cargas inducidas
Ciertos materiales permiten que la carga eléctrica se desplace con facilidad de una región del material aotra, pero otros no. Los materiales que si conducen la electricidad se llaman conductores de electricidad. Los materiales que no conducen la electricidad se llaman aislantes
Al exceso de electrones negativos se le llama carga inducida

Ley de Coulomb

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) estudio a detalle las fuerzas de interacción de las partículas con carga eléctrica. Utilizo unabalanza de torsión similar a la que utilizara Cavendich 13 años después para estudiar la interacción gravitatoria, mucho más débil.

Fue así que Coulomb estableció lo que ahora conocemos como la Ley de Coulomb:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado dela distancia que las separa.

en términos matematicos, la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1 y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r se expresa como



Donde k es una constante de proporcionalidad cuyo valor numérico depende del sistema de unidades que se utilice. En nuestro estudio de la electricidad y magnetismo usaremos exclusivamente...